V případě, že je odběr vzorků z uměleckých děl prováděn až po předchozím neinvazivním průzkumu, je významně efektivnější a cílenější. Mikrovzorky jsou standardně připravovány ve formě příčných řezů zalitých v polyesterové pryskyřici. Stratigrafie vrstev v příčném řezu je pak studována v optickém a elektronovém mikroskopu (kombinace zobrazení ve viditelném světle, UV světle a zpětně odražených elektronech). Vysoká kvalita mikrofotografií je nezbytná pro správný popis stratigrafie; nesmějí být opomenuty ani tenké či fragmentární vrstvy.

Prvkové složení pigmentových zrn v barevných vrstvách se obvykle zjišťuje metodou rastrovací elektronové mikroskopie s energiově disperzní spektrmetrií (SEM-EDS), která dosahuje lepšího prostorového rozlišení než laboratorní mikro-XRF. V případě porovnávání výsledků XRF (získaných přenosnými přístroji) a SEM-EDS (získaných analýzou mikrovzorků) je vždy nutné vzít v úvahu rozdíly v detekčních limitech a rozsazích. V laboratoři ALMA probíhá měření SEM-EDS v režimu nízkého vakua (bez nutnosti pokovování a následného přebroušení povrchu vzorků); nedochází tak ke ztrátě cenného materiálu. K detekci nízkého obsahu prvků lze případně použít i vlnově disperzní spektrometrii (WDS).